第四節　包裹型肥料

一、包裹型肥料簡介

1983年，Tojo 等人提出了有關包裹緩釋肥料的包裹膜控制數學模型。該模型考慮了多種影響包裹緩釋肥料的因素， 如顆粒尺寸、膜的滲透性、膜的厚度、產品的存放時間、環境溫度等， 用數學方法對具有暫緩性和穩定性緩釋膜材料的緩釋肥料所擁有的緩釋作用進行了討論。

包裹緩釋肥料由包裹膜和肥料核心組成。肥料核心常用的是普通的 N、P、K 單元或多元肥料（ 如尿素、硝酸銨、硫酸銨、碳酸氫銨、磷酸銨、磷酸鉀、磷酸鈣等）、含微量元素的復合肥料、含有植物營養元素的礦物等。作為肥料核心的這些肥料水溶性好， 易于被植物吸收， 但也容易流失和浪費， 特別是在經常灌溉的田塊， 因而人們通常在這些肥料的外面包裹一層膜，來阻止或延緩上述現象的發生， 從而形成了包裹緩釋肥料。

中國科學院南京土壤研究所 20世紀 70～80 年代研究成功了由鈣鎂磷肥包裹碳酸氫銨或尿素的包裹肥料。鄭州工學院磷肥與復肥研究所也開發出了三種類型的包裹型復合肥， 以鈣鎂磷肥為包裹層的第一類產品， 以部分酸化磷礦為包裹層的第二類產品及二價金屬磷酸銨鉀鹽為包裹層的第三類產品。

第一類包裹型復合肥是以粒狀尿素為核心，以鈣鎂磷肥和鉀肥為包裹層，采用磷鉀泥漿和稀硫酸、稀磷酸為黏合劑，在回轉圓盤中進行包裹反應，制得氮磷鉀復合肥料。

第二類包裹型復合肥是以粒狀尿素為核心，以磷礦粉、微肥和鉀肥為包裹層，采用磷酸、硫酸為黏合劑，在回轉圓盤中進行包裹反應，制得氮磷鉀復合肥料。

第三類包裹型復合肥以粒狀水溶性肥料為核心，以微溶性二價金屬磷酸銨鉀鹽為包裹層，磷鉀泥漿和稀磷酸為黏合劑，在同轉圓盤中進行包裹反應，進行多層包膜，制得控釋肥料。

第一類、第二類肥料價格低廉，但溶解時間較短，適用于一般大田作物。第三類價格較高，緩釋時間較長，適用于花卉草坪等有特殊要求的植物與作物。現將幾種典型的具有緩/控釋性能的肥料及其特征列于表1-2。

包裹型緩控釋肥料生產工藝的研究隨著生產的需求不斷進步和完善。自1983年以來，鄭州工學院許秀成等系統地研究了以肥料包裹肥料的緩釋/控釋肥料，開發了一系列包裹型復合肥料。1985年，以尿素為核心，并以鈣鎂磷肥為包裹層，以含大量硅膠的氮磷泥漿作為黏結劑，制成了第一代以肥料包裹肥料的復合肥；1991年，該課題組用磷礦粉包裹尿素，用濃硫酸或磷酸為反應性黏結劑，開發了部分酸化磷礦復合肥料，為第二代包裹型復合肥料；1994年，開發了“以微溶性二價金屬磷酸銨鉀鹽”為包裹層，多層包裹粒狀水溶性肥料，為第三代包裹型復合肥料。肥效期90～120d，被《國際肥料》雜志稱為“中國的首創——未來的肥料”，在中國施用于糧食作物，并獲得了顯著的經濟效益。

包裹肥料的另一重要生產工藝創新是固液反應成膜工藝，該工藝是由華南農業大學新肥料資源研究中心發明的一種生產工藝，具有無需回收溶劑、無需專用設備、無需干燥、成膜快速、適合現有各類國產生產線、成本低而產品控釋性能好等突出優點。該技術可以采用開放式常規設備（如普通復混肥生產設備）生產，其生產工藝流程簡捷，只有包膜生產流程，產品無需干燥或整形。比普通復混肥生產流程還簡捷，因此設備投資和生產成本低。

二、包裹材料的選擇

目前國內對緩控釋肥料的研究主要集中在肥料的包裹層上，通過改變包裹層的化學組分實現肥料性質的改變。下面就最近國內外最新研究的包裹層進行分析探討。

用于包膜的材料有很多，總體而言分為無機物質和有機物質兩大類。

無機類包膜材料常見于文獻中的大致有沸石、硫黃、礦石粉（如石膏、滑石粉等）、坡縷石、高嶺土、硅藻土、硅酸鹽、金屬鹽等，其中對硫黃包膜的研究最多。Meisen等詳細介紹了用硫黃做涂覆材料制備包膜肥料的方法，通過包裹尿素可使氮的利用率較普通肥料提高1倍；藺海明利用納米級坡縷石良好的吸附性和緩釋性，使馬鈴薯增產46.9%；武美燕研究了納米碳緩釋肥促進水稻分蘗的形成，有效增加了稻谷產量；Komarneni證明了無機礦物蒙脫土、高嶺土、黏土包膜緩釋肥具有較高的養分固定和離子交換能力，其較好的耐水性能和養分固定機制可提高氮素利用率；侯俊等利用超微細礦石粉為主要包膜材料，研究了對大白菜生理特性的影響，可使產量提高6.6%～35.5%。

有機類包膜由于有機物的熔點較低、水溶性差、在土壤中易腐化分解，因此在包膜材料中較為常用。常見的有纖維素、淀粉、木質素、聚糖、松香、石蠟、不飽和油脂、聚合樹脂和天然橡膠等。徐浩龍等通過淀粉與甘油、聚乙烯醇多元共聚交聯，制備出生物降解性好的互穿網絡型包膜緩釋肥，其緩釋期可延長60～80d；李吉進利用淀粉和纖維素系列的保水性能，通過丙烯腈、丙烯酸、丙烯酰胺改性淀粉和纖維素，研制成功了一系列保水緩釋肥，可節約30%～50%的苗木灌溉用水；巴西Corradini采用納米殼聚糖包衣NPK，紅外結果顯示納米殼聚糖對NPK具有較強的靜電吸附能力。近年來，桐油、蟲膠、松香作為包膜材料的研究也較多，其成膜干燥速度快、附著力強、耐水和耐腐蝕性好，已被廣泛用于包膜中。唐輝等對桐油包膜材料進行了深入研究，黑麥草的生物量表明，桐油有助于作物生長及延長綠期；李東坡等以丙烯酸樹脂為包膜材料，通過對草甸棕壤中尿素態氮溶出特征的分析，發現丙烯酸樹脂膜和生化抑制劑共同作用對抑制尿素釋放效果十分顯著；王國喜研制了聚氨酯包膜尿素，結果表明，不同包膜量聚氨酯膜層的緩釋效應存在差異，包膜量不同，肥料的緩釋期不同；Seng等將天然橡膠進行硫化，通過添加一些物質進行改性處理后用作肥料的包膜材料，用改性天然橡膠制成的緩釋肥料，其膜硬且無黏性，便于儲存和施用。

無機—有機、有機—有機或無機—無機物質聯用包膜通過無機—有機物質的共聚，往往可以獲得較兩者更優越的包膜性能。徐浩龍以水為溶劑，用腐植酸—淀粉—丙烯酸鉀多元共聚，制備出一種高吸水性的緩控釋包膜肥，該肥料符合國標GB/T 23348—2009規定的緩釋要求，同時，徐浩龍制備出了羧甲基纖維素接枝丙烯酸-丙烯酰胺緩釋肥包膜材料，測得緩釋肥的氮素釋放率滿足GB/T 23348—2009的要求；薛合倫等以納米土為原料，通過有機硅改性丙烯酸酯制成包膜，實現了水、肥在載體間的吸附，為肥料的長效緩釋提供了基礎，提高了該類緩釋肥的肥效和緩釋性能，對農產品的品質有著很好的促進作用。

對包膜肥料主要研究的是涂覆材料。包膜的涂覆材料具有多樣性，按其釋放機理可分為3類：①半透水性膜。主要是減少肥料與水分的接觸機會來控制溶出速率。②微生物不能分解的不透水性膜。肥料成分從包膜表面的微孔溶出，溶出速率取決于膜材料性質、膜的厚度及加工條件。這類包膜材料多為聚合物，許多樹脂包膜即屬此類。③微生物可分解的或可降解的不透水性膜。包膜在土壤中或被微生物侵蝕，或因風化作用而顯著降解。這類肥料氮素的溶出速率取決于膜的厚度及加工條件，還依賴于土壤中微生物的多少、溫度等因素。

包膜材料按其性質可分為兩類：①無機物包膜。無機化合物作為包裹膜的比較少， 在文獻中常見的有硫黃、MgNH₄PO₄·6H₂O、硅酸鹽、磷酸鈣等。②有機包裹膜。在文獻中常見的有松香包裹膜、石蠟包裹膜、烯烴聚合物或共聚物包裹膜、酯類包裹膜及聚丙烯、乙二醇聚乙烯二醚等。

三、包裹肥料的優缺點

包裹型緩釋肥料的最大特點就是養分全面，其核心肥料和包裹層均含有養分，每一粒肥料都不遺余力地發揮作用，把有效成分全部釋放給農作物的生長過程，即使到了最后包裹體空了，也起到疏松土壤的作用。根據美國AOC法測算，包裹型緩釋肥肥效長達90～120d，其第三代產品的肥效最長可達150d，完全可以滿足國內主要農作物整個生長期對養分的需要。實驗表明：每畝地施普通肥50kg，而包裹型緩釋肥料只需35～40kg。

包裹型緩釋肥料的目標是控制水溶性氮肥主要是尿素（或硝銨）的氨化和硝化過程，減少損失，提高氮肥利用率。技術特點是包膜肥料的取材以肥包肥，成本較低，無二次污染。它的優點是針對中國國情并能有效提高氮素利用率，較多數緩/控釋肥價格低廉，在中國市場有廣闊的應用前景。目前，包裹型緩釋肥料在東北地區的推廣非常有成效。

但是，中國緩/控釋肥料市場整體發展緩慢，原因有三：一是農民認知度低。二是生產成本高成為制約農田大面積推廣的關鍵。目前國內緩/控釋肥的每噸加工費一般在600～800元，加上工廠管理和經營，大致每噸售價比普通肥高出800～1000元，再經市場銷售價格就更高了，結果農民看得好而用不起，被稱作“貴族肥料”。三是需要組建強有力的研發與推廣平臺。

“肥包肥”型包裹肥料主要是利用有機或無機的黏結劑等將具有巨大表面積、內表面積無機礦物（如鈣鎂磷肥、膨潤土）或者炭粉（如竹炭粉）包裹在肥料表面，并吸附溶出的養分，延緩養分釋放。其優點是，由于采用的磷酸銨鹽包裹尿素，養分釋放后的殼是養分磷和氮，因此會被作物完全吸收，不存在二次污染；而且價格適中，以目前原材料的行業算，市場售價比普通肥每噸貴400～500 元。其缺點是，此產品的包裹物質多為無機材料并經有機或黏結劑而成，由于影響因素太多，難以達到滿意的控釋效果。

四、包裹肥料的選購與施用

無機包裹型復混肥料（復合肥料）［inorganic material coated compound fertilizer（complex fertilizer）］已有國家化工行業標準（HG/T 4217—2011）。

由于緩釋/控釋肥料體現了橫向-縱向平衡施肥的原理，因而提高了肥料的利用率，可以說具有顯著的經濟效益、環境效益。Kaneta等研究表明，免耕移植水稻一次性基施控釋肥料與傳統水稻栽培成本相比，可降低成本65%。Shoji的實驗表明，在大麥、土豆、玉米上施用控釋肥能顯著提高氮肥的利用率及作物的產量；在玉米實驗中，控釋肥的 N₂O 損失僅僅是尿素損失的 1/3，整個生育期 N₂O 的損失均遠遠低于傳統肥料。河南農業科學院承擔的對鄭州Luxecote 的實驗表明，小麥施用Luxecote后氮利用率約為57.2%。

盡管緩釋 /控釋肥料具有很好的潛在經濟及社會效益，且已經商品化，但在農業上的大規模應用仍受到限制，僅占世界化肥總消耗量的 0.5% 以下。

由于控釋材料生產工藝的復雜，致使控釋肥料價格居高不下。為了降低緩釋/控釋肥料的價格，研制和篩選新型、高效、廉價的控釋材料已成為目前研究的關鍵。現在控釋材料的研究已逐漸從無機物轉向有機物，特別是一些高分子聚合物，由于具有控釋效果好、易降解、無污染而成為研究的重點。另外，不同控釋材料包膜的肥料釋放機理是不同的，不同形態的養分在不同的土壤、不同的作物上的轉移吸收差異也很大。正是由于這一差異的復雜性，有必要對不同土壤上施用于不同作物的控釋肥料配方加以研究，同時進一步系統研究控釋肥料養分釋放速率和機理模式。緩釋/控釋肥料發展到今天，它的各方面的優勢已突顯出來，有著廣闊的發展和應用前景，勢必成為將來肥料的主導。

如何選用緩/控釋肥？

首先，看標識。在包裝袋上應標明總養分含量、配合式、養分釋放期、緩/控釋養分種類、第 7d、第 28d和標明養分釋放期的積累養分釋放率等，其他標識應符合核心肥執行標準的標識。產品使用說明書應印在包裝袋的背面或放到包裝袋中，其內容包括產品名稱、以配合式形式標明養分含量、養分釋放期、使用方法、注意事項等。目前市場上銷售的一些緩/控釋肥標識不清，含糊其辭。如在摻混肥的尿素中，只加入部分包膜尿素，磷鉀肥都是正常的二胺、鉀肥，包裝袋醒目大字就是控釋肥、包膜控釋肥等，不標明緩/控釋養分種類、緩/控釋養分含量及養分釋放期等。建議選擇標識完整的緩/控釋肥。

其次，看外觀。顆粒均勻，無雜質。緩/控釋復混肥、復合肥是一種顆粒，緩/控釋摻混肥料中應該至少有 4 種顆粒，如大粒尿素、包膜尿素、二銨、鉀肥等，采用包膜原料的種類以及所占的比例清晰可見，建議選擇時，根據緩/控釋養分含量買到貨真價實的肥料。肥料顆粒顏色是在肥料生產時加的色素，顏色沒有肥效，對作物和土壤有害而無益。

最后，看含量。緩/控釋肥有效養分含量一般都在 45%～53%。如玉米專用緩/控釋摻混肥（BB 肥），氮有效含量在 26%～28%的情況下，用現有的最高養分含量原料，如 46.4%大粒尿素、37%～45%包膜尿素、64%（N18-P₂O₅46）二銨、60%（K₂O）氯化鉀，生產不出氮磷鉀總含量≥55%的合格緩/控釋肥。建議不要選購總有效含量≥55%玉米專用緩/控釋摻混肥，特別是含有中微量元素的55%玉米緩/控釋肥。

玉米一次性施肥的肥料選擇方法。緩/控釋摻混肥中，一般緩/控釋氮含量占總氮量 15%～20%為宜，這樣的部分氮緩/控釋肥的供肥能力，符合玉米生長不同時期的需肥規律。緩/控釋復混肥、復合肥料，都是氮、磷、鉀肥粉碎或熔融后混合制造一種顆粒，外面包膜（多為樹脂膜），屬于全養分含量緩/控釋肥，施入土壤后養分的釋放速率受土壤溫度、水分、pH 值和土壤微生物影響大，正常雨水調和年份，全養分控釋肥的養分釋放速率大致接近玉米需肥規律，基本能滿足玉米各生育時期對養分的需求，肥效長，產量高。但在干旱年份，由于土壤水分少，全緩/控釋肥養分釋放少，滿足不了玉米各生育時期對養分的需求，表現不如沒有緩/控釋肥的好。目前還沒有完全做到使緩/控釋肥料的養分釋放速率和作物的需肥規律相吻合。長期施用包膜緩/控釋肥料，樹脂包膜材料沒有肥效，降解慢，對土壤造成一定污染。